К изучению свойств материала LK-99, в котором южнокорейские учёные якобы обнаружили сверхпроводимость при комнатных условиях, приступили серьёзные лаборатории. В Nature вышла заметка с подбором ссылок на такие исследования, в ходе которых учёные не смогли подтвердить синтез LK-99 или его сверхпроводимость.
Источник изображения: Adam Fenster/University of Rochester
Заявление южнокорейских исследователей о сверхпроводящих свойствах материала LK-99 при комнатных условиях стало сетевой сенсацией. И немудрено! Явление сверхпроводимости без экстремально низких температур и запредельных давлений может изменить многие стороны нашей жизни, начиная от обеспечения электричеством городских потребителей, где потери энергии колоссальные и они постоянно растут по мере увеличения нагрузки (привет электромобилям) и заканчивая ручными сканерами МРТ или компактными термоядерными реакторами.
Первые попытки воспроизвести LK-99 не позволили повторить открытие южнокорейских исследователей. В частности, это попыталась сделать группа учёных из Национальной физической лаборатории Индии в Нью-Дели и группа из Университета Бейханг в Пекине. Обе они синтезировали LK-99, но признаков сверхпроводимости не обнаружили. Третья группа — из Юго-Восточного университета в Нанкине — не обнаружила в материале эффекта Мейсснера (левитации в магнитном поле), но заявила о нулевом сопротивлении материала току при температуре -163 °C. Это далеко не комнатная температура, но определённо высокотемпературный сверхпроводник, да ещё при обычном давлении.
Следует сделать оговорку, что учёные пока не могут с уверенность сказать, что они синтезировали тот же самый материал, что и корейцы. Для анализа электронной структуры образцов использовалась рентгеновская дифракция. Команда из Национальной физической лаборатории Индии в Нью-Дели признала, что структура их образца немного отличается от той, которую в своих работах представили учёные из Южной Кореи. По мнению Роберта Палгрейва (Robert Palgrave), химика из Университетского колледжа Лондона, от оригинала отличается не только кристаллическая структура материала у индийской команды, но также и у китайской, и обе они вообще разные. Поэтому рано говорить о повторении опыта корейских учёных.
Кристаллическая структура третьего образца, который синтезировала группа из Юго-Восточного университета в Нанкине, больше похожа на строение оригинального LK-99. И этот образец якобы показал свойства высокотемпературного сверхпроводника, но несколько учёных указали на то, что измерение сопротивления велось с недостаточной, по их мнению, чувствительностью, и заявление о сверхпроводимости при температуре -163 °C может быть ошибкой.
Первые теоретические исследования LK-99 показали, что материал может обладать интересными свойствами, включая сверхпроводимость. Для компьютерного анализа кристаллической и электронной структуры LK-99 использовалась теория функционала плотности. Первой такой анализ сделала специалист из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли Синеад Гриффин (Sinéad Griffin). Она обнаружила, что LK-99 имеет так называемые плоскополосные зоны, где электроны резко замедляются. Подобное свойство связывают с так называемой плоскозонной сверхпроводимостью Дирака. В любом случае, обнаружение «плоских зон» означает наличие у материала необычных свойств.
Позже г-жа Гриффин публично объявила, что она ни в коем случае не имела в виду, что её исследование доказывает сверхпроводимость LK-99. На самом деле, у учёных до сих пор нет однозначного представления о том, какая именно структура у материала LK-99. Это не позволяет провести полноценный анализ его свойств и сделать уверенный вывод о наличии либо отсутствии сверхпроводящих явлений при комнатных условиях. Неопределённость рождает надежду, но невоспроизводимость её похоронит.
Добавим, на англоязычной страничке материала LK-99 в Википедии ведётся подбор научных работ по исследованию свойств LK-99. Сейчас там менее двух дюжин исследований, но их число продолжает расти.